• 대한공업교육학회지
• /
• 제43권2호
• /
• pp.24-42
• /
• 2018

최근 스마트폰, 태블릿 PC 등 신종 모바일 기기와 전기 자동차 시장의 급속한 성장에 힘입어 화학전지의 중요성이 크게 대두되고 있다. 화학전지는 실생활에 없어서는 안 될 필수적인 소재로써 화학전지 관련 기술의 변화는 우리의 삶에 직접적으로 영향을 미치는 중요한 기술이다. 그러나 현재까지 국내에서 화학전지를 교육적으로 활용한 선행 연구는 매우 부족한 실정이며, 앞서 개발된 수업자료들도 최신 기술 동향을 반영하지 못하여 현행 교육과정에서는 활용하기 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서는 특성화 고등학교 화학공업과 학생 대상의 화학전지 STS 교수-학습자료를 준비, 개발, 개선의 절차를 거쳐 개발하였다. 첫째, 준비 단계에서는 STS 통합 교육 및 화학전지 관련 선행 연구를 분석하여 학습 주제와 학습 목표를 선정하였다. 둘째, 개발 단계에서는 화학전지 관련 이론 및 실험을 분석한 자료를 기반으로 STS 관점에 부합하는 수업과정안 및 교수-학습 자료를 개발하였다. 셋째, 개선 단계에서는 개발된 STS 교수-학습 자료를 전문가 집단을 통해 타당성을 검토하였으며, 현장 수업적용과 학습자 수업 만족도 평가를 통해 개선점을 보완하였다. 본 연구를 통해 개발된 STS 교수-학습 자료는 특성화 고등학교의 과학, 기술, 사회관련 교과의 통합적 구성을 통해 화학전지를 종합적으로 이해하고 깊이 있는 학습이 이루어질 수 있는 방향으로 개발되었으며, 공업화학, 제조화학 등 특성화 고등학교 1학년 교육과정에 포함된 교과목 중 화학전지를 주제로 진행하는 수업에 활용할 수 있도록 구성되었다. 본 연구에서 개발된 교수-학습 자료를 활용하여 수업을 실시한 결과 학생들의 이해도와 흥미도, 실생활과의 연관성 측면에서 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국과학교육학회지
• /
• 제30권4호
• /
• pp.389-401
• /
• 2010

이 연구는 화학전지가 외부 회로와 연결되어 있을때 화학전지 외부와 내부의 전극에 대한 인식을 H대학교 교육대학원에 재학 중인 물리학 전공 교사와 화학 전공 교사를 대상으로 검사와 면담을 통해 조사하였다. 화학전지 외부와 내부의 전극 결정에서 물리학전공 교사들과 화학 전공 교사들의 결정이 차이가 났다. 물리학 전공 교사는 화학전지 내부 전극에 대한 명명에 어려움을 많이 가지고 있었고, 화학 전공 교사는 화학전지 외부 전극에 대한 명명에 어려움을 많이 가지고 있었다. 전극 결정의 이유로 대부분의 물리학 전공 교사는 전자의 이동 방향을 제시하였고, 대부분의 화학 전공 교사는 산화 환원 반응을 제시하였다. 이는 교사들의 학부전공이 이론적 배경으로 강하게 작용하는 것을 의미한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.88.2-88.2
• /
• 2011

본 연구는 아연/공기전지 설계기술 개발을 위한 기초 연구로서 전산해석을 이용하여 전해질 유동에 따른 아연/공기전지의 성능 예측에 관한 것이다. 전산해석모델은 전기화학 방정식과 유체유동 방정식으로 구성하였으며, 화학종 반응에 관한 지배방정식으로는 Nernst-Planck식을 이용하였고 전극표면의 전기화학반응은 Butler-Volmer식을 이용하였다. 또한 유체유동 방정식은 Navier-Stoke식을 적용하여 전해질 유동에 따른 전기화학적 성능 변화를 모사하였다. 아연/공기전지 성능 평가 실험으로부터 얻은 I-V 곡선과 전산해석결과와의 비교/분석을 통하여 전기화학모델의 타당성을 검증하였으며, 유체 유동 방정식과의 연동해석을 적용하여 전해질 유입 위치 및 유입 속도에 따른 아연/공기전지의 성능 변화를 조사하였다. 아연/공기전지의 성능은 전해질 유입 위치가 아연극에 가까울수록, 유입 속도가 빠를수록 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한화학회지
• /
• 제61권1호
• /
• pp.34-44
• /
• 2017

이 연구에서는 대학 신입생을 대상으로 고등학교에서 화학II 선택과목 이수가 대학 일반화학에서 전기화학 관련 개념을 이해하는데 미치는 영향과 개념 변화 유형을 알아보았다. 고등학교에서 화학II 이수 여부에 따라 전기화학 관련 개념의 이해에 유의미한 차이가 있었다. 화학전지의 구별, 전극의 구별, 그리고 전류의 생성과 흐름에 관한 개념의 이해에서 차이가 크게 나타났으나 염다리의 역할, 표준 반쪽 전지의 필요성에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 화학전지의 생성물과 전지 전위의 예측에서는 화학II를 이수하지 않은 학생 그룹에서 일반화학 수강 후에 개념 이해의 향상이 크게 나타났다. 고등학교에서 전기화학의 기본 개념의 학습이 대학 일반화학에서 전기화학 관련 개념의 이해에 영향을 미치고 있었으나 일반화학을 수강하더라도 몇 가지 관련 개념의 정확한 이해에는 많은 어려움을 가지고 있음을 알 수 있었다. 이의 해결을 위해서는 전기화학의 기본 개념에 대하여 보다 정확한 내용의 교육이 이루어질 필요가 있고, 고등학교에서 미리 학습하지 못한 학생들을 위한 적절한 보충 학습을 해야 할 필요성이 있다.

• 대한화학회지
• /
• 제56권6호
• /
• pp.731-738
• /
• 2012

이 연구의 목적은 과학고등학교 학생들을 대상으로 설문지 조사와 면담을 통해 화학 전지에 대한 개념 이해를 분자적 수준의 미시적 관점에서 화학 평형과 연계하여 분석하는 것이다. 과학고등학교 학생들은 전극을 전해질에 담그자마자 전극의 금속이 산화되는 반응과 금속 이온이 환원되는 반응이 동시에 일어난다는 것과 화학 전지의 화학 평형 상태를 고르는 것에 대한 이해는 높았다. 그러나 전극과 전해질 사이에서 일어나는 상호작용을 미시적 관점으로 이해하는 데는 어려움을 겪고 있어, 화학 전지에서의 전위차 발생, 전자의 흐름, 반쪽 전지의 전위 측정, 산화전극과 환원전극 사이의 전지 전위값 계산하기 등에서는 어려움을 겪었다.

• 전기의세계
• /
• 제41권6호
• /
• pp.7-11
• /
• 1992

연료전지는 연료가 가진 화학에너지를 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식으로 에너지 변환효율이 높고 환경공해가 적어 도시부근이나 도심지 건물내 설치할 수 있으므로 전력계통운용이 용이하여 장래 화력발전 대체용이나 열병합발전용으로 유효하게 사용될 수 있는 등의 장점이 많아 국내의 개발이 활발이 진행되고 있다. 연료전지는 반응물질을 전지내에 저장헤 두는 1차전지(건전지등)나 2차전지(축전지)와는 달리 반응물질이 외부로부터 공급되는한 발전할 수 있으며 단위전지의 내부구조는 일반전지와 유사하나 에너지저장능력이 없는 발전장치이다.

• 공업화학전망
• /
• 제23권1호
• /
• pp.30-41
• /
• 2020

최근 전기차, 신재생에너지 등장 등으로 중대형 이차전지 시장이 확대되면서, 리튬 이온 배터리 안전성 이슈 관련 고안전성 전해액 소재에 대한 관심이 높아졌다. 다양한 고안전성 전해액 시스템 중, 상온 이온성 액체는 비발화성, 낮은 증기압 특성으로 많은 관심을 받고 있다. 뛰어난 물리적 특성에도 불구하고 리튬 이온 배터리의 전해액으로 사용되기 위해서는 전도도 및 전기화학 안전성, 전극 계면 거동이 전기화학 성능을 얻는데 만족되어야 한다. 많은 종류의 상온 이온성 액체들이 분자 구조 설계 및 양극/음극 전해액 사용, 전지 내 부품 안전성 확보 등의 다양한 접근 방법들로 연구가 진행되어 왔다. 향후 지속적인 전지 안전성의 이슈에 대한 중요성 증대로 상온 이온성 액체에 대한 연구 역시 더 활발해질 것으로 기대되며, 본 기고문에서는 다양한 상온 이온성 액체들이 전지 시스템에 적용된 연구동향에 대해서 정리하고 소개하고자 한다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
• /
• pp.241-241
• /
• 2003

고체산화물 연료전지(Solid oxide fuel cell : SOFC)는 연료기체가 소유하고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변화시키는 에너지 변환 장치이다. 고체산화물 연료전지의 특성은 인산형, 용융탄산염형 및 고분자연료전지 둥 다른 연료전지에 비해 효율이 높고 공해가 적으며, 연료개질기가 필요 없고 복합발전이 가능하다. 그러나 작동온도가 고온(100$0^{\circ}C$)이어서 연결재 및 전지의 구성요소가 고가이고 전류집전 및 밀봉 둥 문제점을 가지고 있다. 전극 지지체식 연료전지의 개발은 얇고 치밀한 전해질 제조를 가능하게 하여 낮은 저항을 가지기 때문에 저온에서 작동을 용이하게 하여 고온작동시의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 박막제조공정에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 또한 전지성능을 향상시키기 위해 전기화학적 반응면적과 가스 확산층을 넓게 하기 위한 기공률이 높고 전기전도도가 우수한 지지체 제작에도 많이 연구가 이루어지고 있다.

• 전기화학회지
• /
• 제12권4호
• /
• pp.301-310
• /
• 2009

본 논문에서는 현재 많이 연구되고 있는 염료감응 태양전지에 대해 전기화학적 접근을 통해 설명한다. 특히, 기존 도핑 개념을 적용하는 반도체 태양전지와 다른 점을 비교 설명하고, 이론적으로 어떻게 태양전지가 형성될 수 있는지를 설명한다. 또한 염료감응 태양전지가 탄생되게 된 과정을 고찰해 본다. 이어서, 태양전지에서 많이 사용되는 전기화학적 분석법을 설명하고, 어떻게 적용될 수 있는지 임피던스 분석법을 통해 설명한다. 전기화학에서 많이 사용되는 임피던스와 순환전압전류법을 통해, 염료감응 태양전지를 이루는 주성분인 금속산화물과 염료, 전해질의 에너지준위 분석법에 대해서 간단히 소개한다.

• 공업화학전망
• /
• 제24권3호
• /
• pp.14-27
• /
• 2021

수소 에너지는 환경 문제를 최소화하고 고갈되는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광을 받고 있다. 수소연료전지는 이러한 수소를 에너지원으로 사용하고 수소를 전기에너지로 전환하여 그 부산물로 물을 만드는 대표적인 친환경 전기화학 장치이다. 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로 막전극집합체의 전극층은 촉매가 포함된 고분자 전해질막 연료전지의 주요 요소 중의 하나이다. 소재개발 측면에서 고분자 전해질막 연료전지 전극층 핵심 소재의 물성 발현 원리 등을 이해하고 최적화된 소재 설계를 위해서는 원자레벨에서의 소재 설계 접근법이 필요하다. 따라서 실험적인 연구가 어려운 부분과 원자단위에서의 물질 현상에 대한 이해 그리고 연구 개발의 효율성 증진을 위해 전산재료과학(computational materials science) 기술이 광범위하게 활용될 수 있다. 본 기고문에서는 고분자 전해질막 연료전지에서의 전극층 소재에 대한 분자동역학 기반의 전산모사 활용과 연구동향에 대하여 소개하고자 한다.